Альтернативные источники энергии
Подождите немного. Документ загружается.
его в космос позволит предотвратить опасное перегревание земной
атмосферы.
Как на самом деле будут выглядеть солнечные космические элек-
тростанции (СКЭС), сегодня точно сказать нельзя. А к проектированию
СКЭС конструкторы приступили еще в конце 60-х гг. ХХ в.
Путь энергии от приемника электромагнитного излучение Солнца к
розетке в квартире или блоку питания станка может быть различным. В
самых первых проектах предлагался такой: солнечные батареи,
вырабатывающие электричество – сверхвысокочастотный (СВЧ) передатчик
на СКЭС – приемник на Земле – распределительные электрические
подстанции. На практике это выглядело бы следующим образом:
многокилометровые плоскости солнечных батарей на прочном каркасе;
решетчатые антенны передатчиков; похожие на них (и тоже
многокилометровые) приемники энергии на поверхности Земли. Вариант,
как быстро выяснилось, далеко не идеальный.
Инженеры попытались вообще отказаться от использования солнечных
батарей. Например, предлагалось с помощью различных преобразователей
(скажем, зеркал) на станции превращать солнечный свет в тепло, кипятить
рабочую жидкость и ее паром вращать турбины с электрогенераторами. Но и
в таком варианте процесс получения энергии остается очень долгим:
солнечный свет через тепло и механическое движение превращается в
электричество, потом снова в электромагнитные волны для передачи на
Землю, а затем опять в электричество. Каждый этап ведет к потерям энергии;
приемные антенны на Земле должны занимать огромные площади. Но хуже
всего то, что СВЧ-луч негативно влияет на ионосферу Земли, пагубно
сказывается на десятках живых организмах. Поэтому пространство над
антеннами необходимо закрыть для полетов авиации. А как уберечь от
гибели птиц?
Те же проблемы возникают и при передаче энергии по лазерному лучу,
который к тому же сложнее преобразовать снова в электрический ток.
21
Полученную в космосе энергии более целесообразно использовать в космосе
же, не отправляя ее на Землю. На производство тратится около 90 %
вырабатываемой на планете энергии. Основные ее потребители –
металлургия, машиностроение, химическая промышленность. Они же,
кстати, и главные загрязнители окружающей среды. Обойтись без таких
производств человечество пока что не в состоянии. Но ведь можно убрать их
с Земли. Почему бы ни использовать сырье, добываемое на Луне или
астероидах, создав на спутниках и астероидах соответствующие базы?
Задача, безусловно, сложнейшая, и сооружение солнечных космических
электростанций – только первый шаг к ее решению. С производством же
электроэнергии для бытовых нужд справятся ветряки, бесплотинные ГЭС и
другие экологически чистые энергоустановки.
Любой вариант проекта солнечной космической электростанции
предполагает, что это колоссальное сооружение и причем не одно. Даже
самая маленькая СКЭС должна весить десятки тысяч тонн. И эту гигантскую
массу необходимо будет запустить на отдаленную от Земли орбиту.
Современные средства выведения в состоянии доставить на низкую –
опорную – орбиту необходимое количество блоков, узлов и панелей
солнечных батарей. Чтобы уменьшить массу огромных зеркал,
концентрирующих солнечный свет, можно сделать их из тончайшей
зеркальной пленки, например, в виде надувных конструкций. Собранные
фрагменты солнечной космической электрической станции нужно доставить
на высокую орбиту и состыковать там. А долететь к «месту работы» секция
солнечной электростанции сумеет своим ходом, стоит только установить на
ней электроракетные двигатели малой тяги.
Но Солнце не единственный космический источник энергии, которым
могут воспользоваться земляне. Не исключено, что на других небесных телах
есть энергоносители, по своей мощности во много раз превосходящие
имеющиеся на нашей планете. В поверхностных слоях лунного грунта,
например, найдены запасы гелия-3, который на Земле отсутствует.
22
Предполагается, что получить термоядерную энергию из этого изотопа
проще, чем из других. Между тем считанные килограммы гелия-3
удовлетворят годовую потребность в энергии всего человечества.
7) Термоядерная энергия
Одним из перспективных источников получения электричества
является освоение термоядерной энергии, т.е. энергии трития и дейтерия,
содержащихся в неисчерпаемых количествах в воде океанов.
Во время химической реакции изменяются электронные оболочки
атомов. В результате ядерной реакции иным становится строение атомного
ядра – гораздо более прочного, чем атом. Поэтому при распаде тяжелых ядер
(в реакции деления) или, наоборот, при слиянии легких (в реакциях синтеза),
когда образуются ядра элементов средней массы, выделяется огромное
количество энергии.
Например, при делении одного атома урана – реакции, используемой
для получения энергии в современных атомных станциях, - выделяется около
1 МэВ энергии на каждый нуклон. (Нуклонами называют протоны и
нейтроны, являющиеся составными частями ядер атомов.) В ходе реакции
дейтерия D (тяжелого водорода, атом которого содержит в ядре нейтрон n) с
протоном p синтезируется изотоп гелий-3, излучается γ-частица и выделяется
примерно 5 МэВ энергии на один нуклон, т.е. в 5 раз больше:
1
D
2
+ p →
2
He
3
+ γ.
В природной воде один атом дейтерия приходится на 7 тыс. атомов
водорода, но дейтерия, содержащегося в стакане воды достаточно, чтобы
произвести столько же энергии, сколько можно получить при сгорании бочки
бензина. В Мировом океане 4·1013 т дейтерия; его хватит всем жителям
Земли на 4 тыс. лет.
23
Еще больше энергии выделяется в реакциях сверхтяжелого изотопа
водорода – трития Т, в ядре которого два нейтрона:
1
T
3
+ p →
2
He
4
+ γ + 19,7 МэВ
1
T
3
+
1
D
2
→
2
He
4
+ n + 17,6 МэВ
Трития в природе нет, но в достаточных количествах его можно
получить в атомных реакторах, воздействуя потоком электронов на атомы
лития:
N +
3
Li
7
→
2
He
4
+ T
Однако осуществить эту реакцию весьма непросто: она начнется лишь
в том случае, если ядра атомов сблизятся настолько, что возникнут силы
ядерного притяжения (так называемого сильного взаимодействия). Это
расстояние на пять порядков меньше размеров атома, и, пока электроны
остаются на своих орбитах, они не позволят ядрам атомов сблизиться. Да и
сами ядра до начала сильного взаимодействия расталкиваются кулоновскими
силами.
24
Вывод
В наши дни ведущими видами топлива пока остаются нефть и газ. Но
за каждым новым кубометром газа или тонны нефти нужно идти все дальше
на север или восток, зарываться все глубже в землю и, при использовании их,
в частности при сгорании, высвобождать все больше и больше углекислого
газа, приближая нашу родную планету и все человечество к погибели от
природных катаклизмов, являющиеся следствием глобального потепления.
Человечество стало перед серьезной проблемой нехватки энергии.
Один из путей решения этой проблемы я вижу в «нетрадиционных» видах
получения электроэнергии. Я считаю, что уже скоро мы будем использовать
их, повысив их эффективность и поборов их дороговизну.
Энергетика связана буквально со всем, и все тянется к энергетике,
зависит от нее. Поэтому энергохимия, водородная энергетика, энергия воды,
ветра, геотермальная энергетика, космические электростанции, энергия,
находящаяся в кварках, «черных дырах», вакууме, - это всего лишь наиболее
яркие вехи, штрихи того сценария, который пишется на наших глазах и
который можно назвать Завтрашним Днем Энергетики.
25
Список использованой литературы
1. А.Н. Проценко, «Энергия будущего» , М., «Мол. Гвардия», 1980.
2. Е.Б. Борисов, И.И. Пятнова , «Ключ к Солнцу», М., Мол. Гвардия,
1964.
3. Л.С. Юдасин, «Энергетика: проблемы и надежды», М.,
«Просвещение», 1990.
4. А.Н. Проценко, «Энергетика сегодня и завтра», М., «Мол. Гвардия»,
1987.
5. Ю.Г. Чирков, «Занимательно об энергетике», М., «Мол. Гвардия»,
1981.
6. Интернет: http://ru.wikipedia.org
26
27